移動式局部低真空冷陰極電子束焊接裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電子束焊接裝置，尤其是一種移動式局部低真空冷陰極電子束焊接裝置，具體的說是一種可以隨著束源移動提供同步局部低真空環(huán)境的冷陰極電子束焊接
目.ο
【背景技術(shù)】
[0002]隨著世界各國對海洋權(quán)益的重視程度日益增強，以及海洋資源的開發(fā)力度的增強，使得新型艦船制造、海洋石油開采、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造得到了迅速發(fā)展，大厚度、大型工件的焊接需求量越來越大，目前，大厚度工件、大型工件的焊接工藝主要是傳統(tǒng)的氬弧焊、埋弧焊等。
[0003]對于一些大型壓力容器、輸氣管道、船體外殼等大型構(gòu)件，通常需要開坡口，采用多道氬弧焊或埋弧焊的技術(shù)完成，生產(chǎn)效率比較低。為了提高生產(chǎn)效率，英國TWI提出一種局部低真空電子束焊接技術(shù)，局部低真空電子束焊接技術(shù)是指在真空度為lmbar的密閉小型拖罩內(nèi)工作的電子束焊接技術(shù)。例如100mm厚的碳鋼，采用通用技術(shù)需要完成70道焊縫的工作量，而局部低真空電子束焊接技術(shù)只需要1道焊縫就能完成。如果通用技術(shù)焊接速度為500mm/min，局部低真空電子束焊接技術(shù)焊接速度為100mm/min，單就焊接速度而言，局部低真空電子束焊接技術(shù)的效率提高了 14倍?？紤]工件上開坡口時間、每道焊縫的清理工作時間，則局部低真空電子束焊接技術(shù)的優(yōu)勢更加明顯。氬弧焊焊接接頭焊縫區(qū)域大，局部低真空電子束焊縫區(qū)窄小，熱影響區(qū)小，焊接接頭質(zhì)量得到了明顯提高。
[0004]但是英國TWI的局部低真空電子束焊接技術(shù)所采用的電子槍為一種采用射頻激勵產(chǎn)生電子的高壓電子槍，電壓達(dá)到150kV以上，最大功率60kW，工作電壓高、功率大，需要有高耐壓絕緣結(jié)構(gòu)、冷卻措施才能使設(shè)備長期穩(wěn)定工作，此外，高壓電子槍需要有多級氣阻結(jié)構(gòu)將電子發(fā)生部分與焊接拖罩部分隔尚，這使得尚壓電子槍體積、重量很大，作為運動機(jī)構(gòu)的負(fù)載，需要增大運動機(jī)構(gòu)的承載能力，使得設(shè)計制造成本增大。射頻激勵產(chǎn)生電子模式，需要射頻激勵源、等離子體發(fā)生器、冷卻裝置等，使控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，等離子體發(fā)生器承載高溫等離子體以及正離子的轟擊，使得等離子體發(fā)生器使用壽命較短。
[0005]由于所采用電子槍為高壓電子槍，英國TWI所研制的移動式拖罩結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，通常工作模式為大型工件緊貼在拖罩周邊移動，所謂移動式指的是工件移動。
[0006]冷陰極電子束源是一種基于等離子體陽極的電子束源，冷陰極電子束源采用了氣體放電形成等離子體發(fā)射電子的模式，因此對真空度要求不嚴(yán)格，在5Pa?10 2Pa均可正常工作。冷陰極電子束源的陰極是具有一定體積和重量的大厚度水冷鋁基板，可長期承受正離子轟擊，陰極壽命最長可達(dá)1000小時以上。冷陰極電子束源的陰極和陽極形狀簡單，無須復(fù)雜幾何形狀即可保障電子束流穩(wěn)定輸出。冷陰極電子束源的特殊電子發(fā)生技術(shù)，使得冷陰極高壓冷陰極電子槍結(jié)構(gòu)體積較小，冷陰極電子束源系統(tǒng)的功率可以為1?600kW，功率密度最高可以達(dá)到106W/cm2，功率10kW以下的冷陰極氣體放電型高壓冷陰極電子槍的總重量不超過10kg，外觀形狀和一個8鎊的熱水瓶接近。300kW/30kV的冷陰極高壓冷陰極電子槍重量不超過50kg，高度小于500mm。
[0007]雖然冷陰極電子束源技術(shù)優(yōu)勢明顯，但是由于工作電壓低，電子穿透能力較差，使得這一性能優(yōu)越的電子束源技術(shù)尚未在焊接領(lǐng)域得到大范圍推廣應(yīng)用。
[0008]為了簡化現(xiàn)有局部低真空移動式密閉拖罩設(shè)計制造難度，擺脫真空室體積對電子束焊接零部件尺寸的束縛，提出一種能夠在大型工件表面移動的局部低真空拖罩結(jié)構(gòu)，并將其應(yīng)用于高壓冷陰極電子束焊接技術(shù)領(lǐng)域，拓展高壓冷陰極電子束源技術(shù)的應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是在于提供一種移動式局部低真空冷陰極電子束焊接裝置，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足。通過在冷陰極電子槍下端設(shè)置低真空密閉拖罩，低真空密閉拖罩能在焊接時提供一個局部低真空的環(huán)境，而不需要使整個焊接加工空間全部處于真空環(huán)境中，因此可以提高生產(chǎn)效率、降低成本；且低真空密閉拖罩能隨冷陰極電子槍，與控制箱同步在橫梁上移動，即低真空密閉拖罩所提供的“局部低真空的環(huán)境”是可移動的，使本發(fā)明的移動式局部低真空冷陰極電子束焊接裝置能夠擺脫真空室體積對電子束焊接零部件尺寸的束縛，提供一種能夠在大型工件表面移動的局部低真空密閉拖罩。
[0010]為此，本發(fā)明提出一種移動式局部低真空冷陰極電子束焊接裝置，其包括:
[0011]龍門架，其包括相間隔設(shè)置的兩立柱，兩所述立柱的上端通過橫梁相連接，兩所述立柱之間形成容置焊接工件的加工空間；
[0012]冷陰極電子槍，能移動的懸掛于所述橫梁上；
[0013]低真空密閉拖罩，置于所述焊接工件上，所述低真空密閉拖罩的上部與所述冷陰極電子槍的下端連接為一體，并隨所述冷陰極電子槍同步移動，所述冷陰極電子槍的槍口伸入至所述低真空密閉拖罩內(nèi)，在所述低真空密閉拖罩的底部且位于所述冷陰極電子槍軸線位置設(shè)有電子束流輸出口；
[0014]控制箱，與所述冷陰極電子槍并排懸掛于所述橫梁上，在所述控制箱內(nèi)至少設(shè)有拖罩真空抽吸機(jī)構(gòu)，所述拖罩真空抽吸機(jī)構(gòu)通過第一真空管道與所述低真空密閉拖罩相連通，用于將所述低真空密閉拖罩內(nèi)抽真空。
[0015]如上述的移動式局部低真空冷陰極電子束焊接裝置，其中，所述移動式局部低真空冷陰極電子束焊接裝置還包括:
[0016]兩導(dǎo)軌，兩所述導(dǎo)軌沿縱向間隔設(shè)置且相互平行；兩所述立柱的下端均開設(shè)有導(dǎo)軌槽，兩所述立柱通過各自的所述導(dǎo)軌槽分別能縱向移動地與兩所述導(dǎo)軌滑動配合。
[0017]如上述的移動式局部低真空冷陰極電子束焊接裝置，其中，
[0018]所述龍門架還包括橫向設(shè)置于兩所述立柱頂部之間的橫向驅(qū)動機(jī)構(gòu)，所述橫梁為橫向絲杠；
[0019]所述橫向驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括:沿橫向平行設(shè)置的橫向滑軌和所述橫向絲杠，以及橫向驅(qū)動電機(jī)、第一連接部件和第二連接部件；
[0020]所述橫向滑軌上開設(shè)橫向滑槽；所述橫向驅(qū)動電機(jī)與所述橫向絲杠相連接，所述橫向驅(qū)動電機(jī)能驅(qū)動所述橫向絲杠旋轉(zhuǎn)；
[0021]所述第一連接部件上開設(shè)一第一螺紋孔，所述第一連接部件通過所述第一螺紋孔與所述橫向絲杠螺紋配合；且所述第一連接部件的一端固設(shè)于所述冷陰極電子槍上，所述第一連接部件的另一端滑動嵌設(shè)于所述橫向滑槽內(nèi)；所述冷陰極電子槍通過所述第一連接部件與所述橫向絲杠的螺紋配合在所述橫向絲杠上橫向移動；
[0022]所述第二連接部件上開設(shè)一第二螺紋孔，所述第二連接部件通過所述第二螺紋孔與所述橫向絲杠螺紋配合；且所述第二連接部件的一端固設(shè)于所述控制箱上，所述第二連接部件的另一端滑動嵌設(shè)于所述橫向滑槽內(nèi)；
[0023]所述控制箱通過所述第二連接部件與所述橫向絲杠的螺紋配合在所述橫向絲杠上與所述冷陰極電子槍同步橫向移動。
[0024]如上述的移動式局部低真空冷陰極電子束焊接裝置，其中，所述移動式局部低真空冷陰極電子束焊接裝置還包括連接所述第一連接部件和所述冷陰極電子槍的軸向驅(qū)動機(jī)構(gòu)，所述軸向驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括:沿軸向平行設(shè)置的軸向滑軌和軸向絲杠，以及軸向驅(qū)動電機(jī)和冷陰極電子槍固定支座；
[0025]所述第一連接部件上還沿軸向開設(shè)有一貫通孔，所述軸向絲杠通過所述貫通孔與所述第一連接部件相連；
[0026]所述軸向滑軌上開設(shè)軸向滑槽，所述軸向滑軌固設(shè)于所述第一連接部件上；
[0027]所述軸向驅(qū)動電機(jī)與所述軸向絲杠相連接，所述軸向驅(qū)動電機(jī)能驅(qū)動所述軸向絲杠旋轉(zhuǎn)；<